DE3737296C2

DE3737296C2 -

Info

Publication number: DE3737296C2
Application number: DE19873737296
Authority: DE
Inventors: Toan Dat 3000 Hannover De Tran
Original assignee: Individual
Current assignee: Tran Toan Dat 7141 Benningen De
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3737296A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs, wie sie aus der FR-PS 8 23 464 bekannt ist.

Es soll die Aufgabe gelöst werden, Vibrationen, die durch Massenkräfte erster Ordnung bei einem schnellaufenden Kurbeltriebwerk mit einer schweren oszillierenden Massen entstehen, insbesondere in Einzylindersystemen, zu eliminieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs. Die der Erfindung entsprechende Ausgleichsvorrichtung nutzt die Zahnräder (2 und 3) und das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) als Gegenmasse zum Ausgleich der gesamten rotierenden Massen des Kurbeltriebes aus.

Sie besteht aus einem sekundären Ausgleichsgewicht (4), das am Ende des im Lager (5) drehbaren Zahnradsbolzens (3 a) befestigt ist. Das Lager (5) ist im primären Ausgleichsgewicht (6) der Kurbelwange (7) des Triebwerkes eingebaut. Das Zahnrad (3) kämmt mit dem ebenfalls in einem Lager (11) des primären Ausgleichsgewichtes (6) drehbar eingebauten Zahnrad (2), das wiederum mit dem dem Wellenzapfen (8) konzentrischen Zahnrad (1) kämmt. Das Zahnrad (1) ist mit einer Innenbohrung (9) versehen, in der eine Lagerschale (10) oder ein Wälzlager eingebettet werden kann. Dieses Zahnrad (1) ist im Gestell (12) der Maschine befestigt und dient als Lager für den Wellenzapfen (8) der Kurbelwelle. Infolge eines Verhältnisses von 2 zu 1 der Zähnezahlen zwischen Zahnrad (1) und Zahnrad (3) dreht sich das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) relativ zur Kurbelwange (7) mit der doppelten, aber gegenläufigen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle.

Es zeigt

Fig. 1 die Hauptansicht der Kurbelwelle und im Schnitt die Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 das Räderwerk der drei Zahnräder im Schnitt A-B in ihrer relativen Lage.

P ist die Achse des Pleuelzapfens, O die Achse des Wellenzapfens (8), T die Achse des Zahnrades (3) und des Lagers (5).

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung in einem Zweitakt- Motor, bei dem die Lager aus Kugellagern bestehen.

Fig. 4 die schematische Darstellung der Ausgleichsvorrichtung im Schnitt durch die Zahnräder.

Es ist zu beachten, daß die Zähnezahl Z 2 des Zahnrades (2) beliebig gewählt werden kann, während = 2 ist, Zi gibt die Zähnezahl des jeweiligen Zahnrades i an.

Fig. 5 die zentrifugale Kraft Fg der Übermasse der Gegengewichte, die Massenkraft erster Ordnung F _I in der Vertikalen S des Zylinders und die Ausgleichskraft Fa des sekundären Ausgleichsgewichtes in Projektion in einer gegebenen Ebene.

G ist das momentane Massenzentrum der Übermasse aller Gegengewichte (6, 6 a . . . ).

M ist der relative Schwerpunkt der Übermasse m des sekundären Ausgleichsgewichtes (4).

Die Übermasse ist die Teilmasse, die in Drehung eine Wirkkraft abgibt.

Fgh und Fgv sind die horizontale bzw. vertikale Komponente von Fg.

Fah und Fav sind die horizontale bzw. vertikale Komponente von Fa.

Man stellt fest, daß Fav sich zu Fgv zum besseren Ausgleich von F _I addieren, während Fah der horizontalen Kraft Fgh der Gegengewichte entgegengesetzt ist.

Fig. 6 einerseits die elliptische Laufbahn von M, Schwerpunkt der Übermasse m des sekundären Ausgleichgewichtes (4), und andererseits in einer Projektionsebene alle zentrifugalen Kräfte, die aus der Drehung der Kurbelwelle hervorgehen. F _I ist hier durch ein Drehvektor dargestellt. Aus Vereinfachungsgründen bei der Berechnung der Übermasse Mg aller Gegengewichte, die infolge der Drehung der Übermasse m des sekundären Ausgleichsgewichtes (4) kein festes Massenzentrum bezüglich der Kurbelwange (7) aufweisen, stellt man sich vor, daß die Übermasse m in der Drehachse T des Zahnrades (3) konzentriert wäre: M(m) = T(m). Damit erhält man G′, das stabile aber fiktive Massenzentrum aller Gegengewichte, im Abstand OG′ von der Drehachse O des Wellenzapfens (8).

Die Übermasse Mg soll F _I bis 50% ausgleichen:

(1) Fg = Mg · OG′ · w² = 0,5 F _I = 0,5 Mos · β · w²

wobei w die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle angibt, die als konstant angenommen wird.

Mos ist die gesamte oszillierende Masse; β = OP, der Kurbelwelle.

Angestrebt ist, daß Fa noch 40% von F _I erbringt:

(2) Fa = 0,4 F _I = 0,4 Mos · β · w²

Da das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) mit 2w dreht:

(3) Fa = m · r · (2w)² = 4 m · r · w²

r = MT ist der Abstand von Schwerpunkt M der Übermasse m zur Drehachse T.

Aus (2) und (3):

(4) m · r = 0,1 Mos · β

oder

(5) m · r · w² = 0,1 Mos · β · w² = 0,1 F _I

Es scheint also einerseits, daß F _I nur bis 90% in jeder Kurbelstellung wt ausgeglichen wäre, mit:

Fgv+Fav = 0,9 F _I cos wt,

und andererseits

Fgh = 0,5 F _I sin wt

nicht durch

Fah = 0,4 F _I sin wt

vollständig ausgeglichen wäre, die Differenz beträgt:

Fah-Fgh = -0,1 F _I sin wt

In Wirklichkeit, weil die Übermasse m nicht in T, sondern in M konzentriert ist, besteht eine Variation in den zentrifugalen Kräften zwischen reeller Übermasse m in M und fiktiver Übermasse m in T. t ist die Zeit.

Die Bewegungsgleichung der Übermasse m in T:

Die vektorielle Variation beträgt:

Δ Fg = Rm-Fm = m · r · w² · e ^iwt
nach (5) = 0,1 F _I · e^iwt

d. h., es besteht für jede Kurbelstellung eine Zusatzkraft gleich 10% von F _I, die sich zu Fav und Fah zum Vollausgleich der Massenkraft erster Ordnung F _I und der horizontalen Kraft Fgh addiert. Die Werte von m und r in der Gleichung (4) sind je nach Konstruktion frei wählbar.

Fig. 7 zeigt den Kurbeltrieb in der oberen Totlage. Alle Ausgleichkräfte befinden sich in der Vertikalen S des Zylinders. Die vektorielle Variation vereinfacht sich zu:

Δ Fg = (OM-OT) · m · w² = m · r · w² = 0,1 F _I.

Claims

Ausgleichsvorrichtung für ein Kurbeltriebwerk mit einer das primäre Ausgleichsgewicht (6) der Kurbelwange (7) durchsetzenden und darin drehbaren Zahnradwelle (3 a), auf deren einer Seite ein sekundäres Ausgleichsgewicht (4) unverdrehbar befestigt ist und auf deren anderer Seite ein außenverzahntes Zahnrad (3) unverdrehbar befestigt ist, welches von einem zum Kurbelwellen- Hauptlager (10) konzentrischen gestellfesten außenverzahnten Zahnrad (1) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (3) der Zahnradwelle (3 a) für das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) mit einem außenverzahnten Zwischenrad (2) kämmt, welches mit seiner einzigen mit dem Zahnrad (3) kämmenden Verzahnung auch in das gestellfeste zum Kurbelwellen-Hauptlager (10) konzentrische Zahnrad (1) eingreift und daß das zum Kurbelwellen- Hauptlager (10) konzentrische gestellfeste Zahnrad (1) doppelt so viele Zähne besitzt wie das im primären Ausgleichsgewicht (6) drehbare Zahnrad (3) auf der Zahnradwelle (3 a) des sekundären Ausgleichsgewichtes (4).